陜北農(nóng)村飲用水氟含量的快速檢測(cè)方法研究

高美娟 李艷 杜松山

摘要：對(duì)于人體而言，氟屬于必備微量元素，在人體骨骼與牙齒中發(fā)揮著重要作用，而適量的氟能夠鈣化牙齒與骨骼，特別是可以幫助牙釉質(zhì)形成堅(jiān)硬細(xì)致的氟磷灰石表層，以此防止酸性與腐蝕，起到預(yù)防齲齒的作用。但是氟過(guò)量也會(huì)導(dǎo)致人體中毒，嚴(yán)重者甚至?xí)?duì)人的生命健康造成威脅。在人體中，氟主要來(lái)源是飲用水。所以，本文以陜北農(nóng)村飲用水為對(duì)象，進(jìn)行了氟含量快速檢測(cè)研究分析。

關(guān)鍵詞：飲用水;氟含量;快速檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TQ041+.7文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）06-0117-03

1 飲用水氟含量快速檢測(cè)方法

1.1比色法

氟試劑分光光度法主要是基于氟試劑與硝酸鑭之間發(fā)生反應(yīng)，以此生成藍(lán)色的三元絡(luò)合物，顏色強(qiáng)度和氟離子的濃度之間成正比，從而檢測(cè)飲用水中的氟含量。近幾年，基于比色法衍生了許多新型高效性、高靈敏性的方式，進(jìn)行氟含量檢測(cè)。通過(guò)游離氟離子和Fe3～之間穩(wěn)定絡(luò)合物原理，融合流動(dòng)性注射技術(shù)，在氨基乙酸鹽與硫酸介質(zhì)作用下，以化學(xué)過(guò)程與氟離子濃度間線性關(guān)系為載體，進(jìn)行飲用水氟含量檢測(cè)，其分析處理速度非?？?。此外，有研究學(xué)者在飲用水氟含量檢測(cè)中引進(jìn)雙波長(zhǎng)比色法，以期去除試劑底色影響，獲得了顯著成效。

1.2電極法

氟離子選擇電極法則就氟離子濃度與電位值之間的線性關(guān)系，并以樣品電位值為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)氟含量檢測(cè)。因?yàn)榇朔椒ㄋ馁M(fèi)樣本量比較大，有研究學(xué)者做了優(yōu)化改進(jìn)，即標(biāo)準(zhǔn)加入微量曲線法與常量曲線法，切實(shí)有效解決氟含量轉(zhuǎn)變?yōu)闃悠泛康臄?shù)據(jù)處理問(wèn)題。氟離子選擇電極法具備其自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，靈敏性較高，檢測(cè)簡(jiǎn)單，方法便捷，結(jié)果準(zhǔn)確真實(shí)等，得以在實(shí)踐應(yīng)用中備受青睞。但是，此方法的局限性較大，即在樣品含痕量氟時(shí)，響應(yīng)較慢，導(dǎo)致檢測(cè)效率大大降低。此外，為及時(shí)消除樣品中A1³⁰和Fe³⁺的影響，在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，需添加離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑，并始終保持溶液pH值，避免檢測(cè)液的氟濃度下降，從而直接影響檢測(cè)效率與最終結(jié)果。

1.3離子色譜法

離子色譜技術(shù)是獨(dú)具特色的微量離子分析技術(shù)，其靈敏度比較好，檢出限較高，準(zhǔn)確性與真實(shí)性良好，操作流程簡(jiǎn)單，在樣品中，離子含量懸殊比較大的時(shí)候，可以同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，是一種比較安全和先進(jìn)的分析方法。

1.4氣相色譜法

所謂氣相色譜法實(shí)際上就是把飲用水中包含的無(wú)機(jī)氟，在既定條件下轉(zhuǎn)變成有機(jī)氟，通過(guò)氣相色譜檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，構(gòu)建氣相色譜檢測(cè)氟的新模式。原理是飲用水氟離子在酸性條件下，和三甲基氯硅烷發(fā)生反應(yīng)，生成具備揮發(fā)性的氟硅烷，通過(guò)氣相色譜檢測(cè)法，氟硅烷響應(yīng)值和氟含量之間呈現(xiàn)正比關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)飲用水氟含量檢測(cè)。

1.5原子吸收光譜法

氟和鋁之間發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的雙原子分子AIF，通過(guò)利用涂鉬石墨管顯著提升靈敏度，通過(guò)鉑空心陰極燈為主要光源，以及峰值吸收測(cè)量的方式，基于Al、Sr、Mg相結(jié)合為基體優(yōu)化劑，并使用NH₄NO₃及時(shí)消除氯離子的影響，三者組合基體優(yōu)化劑則優(yōu)于氟進(jìn)樣，二次干燥等多元化技術(shù)融合應(yīng)用的時(shí)候，可以促使A1FMAS法具備較高的實(shí)用性。

2 陜北農(nóng)村飲用水氟含量快速檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

2.1原理

通過(guò)氟含量選擇性電極、飽和甘汞電極、試液構(gòu)成化學(xué)電池，電動(dòng)勢(shì)表示為：

E=K-SlgαF^-（1）

既定基礎(chǔ)上，檢測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)便可獲取飲用水中氟含量。

從中添加總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)條件的有效控制，及時(shí)消除干擾，并利用濃度替代活度，通過(guò)能斯特方程計(jì)算分析。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線法制定曲線處理結(jié)果。通過(guò)加標(biāo)測(cè)定回收率法進(jìn)行可靠性與實(shí)效性驗(yàn)證。

2.2檢測(cè)流程

2.2.1準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行檢測(cè)之前，根據(jù)實(shí)際需要制備總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑。即以59h二水檸檬酸鈉與86g硝酸鈉，注入水中溶解，并利用鹽酸將pH值調(diào)整到5～6，準(zhǔn)備10、30、50、100、200ug/L氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2.2檢測(cè)步驟

首先，進(jìn)行電極清洗，把氟粒子電極放置到去離子水燒杯中去，并啟動(dòng)檢測(cè)儀，在電極輸出電位到達(dá)大約30mV時(shí)，停止。其次，標(biāo)定，在完成電位清洗以后，開始標(biāo)定，利用氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液加以標(biāo)定。通過(guò)檢測(cè)儀內(nèi)置最小二乘法算法自動(dòng)化計(jì)算分析曲線函數(shù)。最后，檢測(cè)，在完成標(biāo)定以后，開始檢測(cè)氟含量。把樣品放置到磁力攪拌器上，插入電極，檢測(cè)界面自動(dòng)顯示檢測(cè)結(jié)果。

2.3檢測(cè)結(jié)果分析

陜北飲用水樣本電位值測(cè)定數(shù)據(jù)具體如表1所示。

以表1數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行E-lgC曲線制定，具體如圖1所示。

以標(biāo)準(zhǔn)曲線與陜北飲用水電位值為依據(jù)，檢測(cè)樣本氟濃度對(duì)數(shù)為0.015，飲用水中氟含量則為：

以回收率檢測(cè)數(shù)據(jù)為載體獲取，回收率為101。

2.4檢測(cè)影響因素

2.4.1氟離子電極響應(yīng)

在電極使用之前，應(yīng)先放置到10～30mol/L NaF溶液中進(jìn)行浸泡，在經(jīng)過(guò)60-120min活化之后，利用蒸餾水清洗，確保電位為300mV即可。

2.4.2酸度

在呈酸性的溶液內(nèi)，H⁺與廣發(fā)生反應(yīng)，生成HF與HP^2-，使得F^-濃度降低，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。在呈堿性的溶液內(nèi)，LaF₃與OH^-發(fā)生反應(yīng)，相互交換，促使廣濃度增高，從而導(dǎo)致出現(xiàn)正向誤差。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，氟離子電極檢測(cè)最佳pH值是5～6，利用檸檬酸鹽緩沖溶液加以有效控制，且能夠及時(shí)消除Al³⁺、Fe³⁺在氟含量檢測(cè)中的影響。

2.4.3干擾離子

氟離子電極的選擇較好，1000倍以上的Cl^-、Br^-、I^-、SO₄^2-、HCO₃^-、NO₃^-陰離子都不會(huì)影響檢測(cè)。但是Al³⁺、Fe³⁺陽(yáng)離子由于可以和氟離子之間發(fā)生反應(yīng)，生成配位化合物，以此影響氟離子檢測(cè)，對(duì)此可以添加掩蔽劑及時(shí)消除影響。

2.4.4總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑作用

總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖劑的作用是維持溶液離子強(qiáng)度大且處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，維持溶液pH值為給定值，而穩(wěn)定液電位與掩蔽劑及時(shí)消除共存離子的影響。

2.4.5攪拌

為促使電極膜表面接觸溶液成分與試液主要成分相同，因此必須進(jìn)行攪拌。攪拌能夠加快離子擴(kuò)散，促使電極和溶液界面處于平衡狀態(tài)。攪拌形態(tài)與電極電位、檢出限、電極響應(yīng)時(shí)間等密切相關(guān)，因此在檢測(cè)時(shí)，應(yīng)確保溶液處于渦流、氣泡、緩和、均衡的攪拌形態(tài)下，而且試液和標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)保持一致。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氟在自然水體中的分布十分廣泛，且屬于人體必備微量元素，氟含量直接影響著人的身體健康，屬于水體常規(guī)必須檢測(cè)主要項(xiàng)目。目前我國(guó)國(guó)土資源部與環(huán)保部門的水文地質(zhì)調(diào)查與水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查指出，進(jìn)行氟離子檢測(cè)主要采用分光光度法與離子色譜法等等。而離子選擇性電極法以其靈敏度高、分析效率高、速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在飲用水氟離子檢測(cè)中備受青睞。通過(guò)深入探究分析，可知，在快速檢測(cè)中利用磁力攪拌器，并選擇最小二乘法擬合高度逼近的檢測(cè)曲線方程，有利于實(shí)現(xiàn)氟離子高效檢測(cè)，適用范圍比較廣泛，且回收率比較高，結(jié)果顯著可靠穩(wěn)定，所檢測(cè)的陜北農(nóng)村飲用水水樣與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符。